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影创科技研发出二维衍射波导镜片,有望成轻量级AR眼镜关键元件

单片厚度仅0.6mm

零酱 2021年01月15日 来源:87870

近日,影创科技宣布研发出了可量产二维衍射波导镜片,该镜片有望成为轻量级AR近眼显示器的关键元件,为影创科技后续研发的AR眼镜提供多种场景定制化方案,并支持全彩AR体验。

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据介绍,这款衍射波导镜片采用二维光栅扩瞳方案,具有较大的可视范围,单片厚度仅0.6mm,透过率85%以上,可制造性高且易于量产。

AR眼镜想要真正走向消费市场,必须具备普通眼镜的外观、显示效果出色并且价格亲民等特点。而AR近眼显示光学技术是决定眼镜外观、显示效果及成本的最重要因素。AR近眼显示光学系统主要包含微显示器和光学系统两部分,微显示器负责产生图像,光学系统则将图像投射到视野中。光学系统主要分为棱镜、离轴光学、自由曲面、光波导等几种,其中光波导具备高透过率、大眼动范围的优势。

光波导技术总体上可以分为几何光波导和衍射光波导两种。几何光波导又名阵列光波导。阵列光波导镜片采用光学冷加工工艺,玻璃材料经过多道工序才可加工完成,工艺复杂,加工耗时,成本难以降低;且这种方案一般只实现了左右方向的出瞳扩展,眼动范围不佳。阵列光波导利用几何光学的反射和折射原理,很难实现大FOV。从成本、出瞳、FOV方面来看,阵列光波导无法满足未来AR眼镜的需要。这一技术的代表公司是以色列的Lumus公司,目前国内绝大多数光波导模组公司也均采用阵列光波导的技术,因为这种的技术门槛相对来说比较低。

衍射光波导技术基于表面浮雕光栅,利用波导介质的全内反射特性和微纳光栅的衍射特性,来实现虚拟图像信息的传输和重定向,在人眼前方空间显示虚拟图像,并且仍然保证现实环境不被遮挡。

衍射光波导镜片采用半导体加工工艺,通过传统半导体的微纳米加工工艺(Micro/Nano-fabrication)在硅基底上通过电子束曝光(Electron Beam Lithography)和离子刻蚀(Ion Beam Etching)制成光栅母版(Master Stamp)。这个母版可以通过纳米压印技术(Nanoimprint Lithography)在玻璃晶圆上压印出成千上万个光栅。半导体加工工艺相对简单,批量生产成本低。

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光栅母版

此外,这种方案可以实现上下左右方向的出瞳扩展,且可以通过加大折射率实现大FOV。综合来看,衍射波导在轻薄性、体积重量、加工成本、显示性能等方面均有较大优势,是将AR推向大众消费领域的最佳光学方案。

具体来说,衍射光波导技术又分为一维扩展和二维扩展。目前诸如微软HoloLens一代和二代、Magic Leap One等多款产品,均采用一维衍射光波导方案。通过合理的设计光栅结构,衍射光波导技术可以实现出瞳的二维扩展。

二维衍射光波导相关技术的开发需要在材料方面突破瓶颈,以提升光学参数,同时需要一系列高精度的可量产型微纳加工设备。工艺和技术路线都需要不断重复验证,并且全部生产流程需要在专业的超净间内进行,因此目前世界上能够实现量产的厂商屈指可数。 影创科技打通了从设计、工艺到生产制造的应用流程,研发出可量产二维衍射波导镜片,是除Wave Optics外,世界上第二家具备该技术的公司。

随着可量产二维衍射波导镜片研发成功,MR智能眼镜在成为下一代通用计算平台的道路上又再近一步。

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